近年来,随着环境问题日益突出,电能需求日益增大,光伏发电等可再生能源正在逐步取代传统的化石能源,在电力系统中的渗透率日益提高。因此,当电网发生不对称故障时,电网标准要求光伏并网系统继续保持并网以减小电网有功缺额,避免大面积甩负荷影响配电网的稳定运行。这就要求光伏并网系统在故障情况下需要尽可能地注入有功功率以支撑电网,但前提是要保障并网逆变器的安全。因此,分析并网逆变器在电网故障时的最大有功功率输出能力具有重要研究意义。论文首先介绍了两级光伏并网系统的组成部分,包括光伏电池板、Boost变换器和三相并网逆变器,搭建仿真模型并设计了相关控制器的参数,在电网正常和故障情况下进行了仿真,验证了设计的参数是合理的。然后重点以电压源型变流器(voltage source converter,VSC)作为研究对象,综合考虑它在不对称故障时可能面临的过流、有功功率二倍频波动等问题,分析了变流器的安全运行区域(safe operation region,SOR)。根据安全运行区域,得到了在不同故障类型、不同跌落程度下其最大有功功率输出能力的解析表达式,并将该结果与当前光伏所能输出的最大功率进行比较,用于确定前级Boost变换器的工作模式。当前级有功输出能力较小或者故障不是很严重时,系统可能进入低功率工作模式,此时所提控制策略可以进行两种优化:最大相电流最小化或有功功率波动最小化。另外,不再将有功功率波动简单地限制为0,而是限制在安全允许范围内,虽然这使得三次谐波电流有一定地上升,但远没超过电网标准的规定,且较大程度地提升了最大有功功率输出能力,如在单相接地故障下相对增大的百分比最高可达30%以上。最后,仿真结果证明有功功率安全运行区域以及最大有功功率输出能力的分析是正确的;实验结果证明本文提出的策略能提高不对称故障时逆变器最大有功功率输出能力,以及最大相电流最小化、有功功率波动最小化这两种优化控制是有效的。在两级光伏实验平台上在线实现了故障情况下的安全运行。